[发明专利]在激光喷丸期间用烧蚀层防止点蚀的激光喷丸方法和设备

说明书

按照美国能源部和加利福尼亚大学之间关于运转劳伦斯利沃莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的合同W-7405-ENG-48，美国政府在本发明中享受权利。

技术领域

本发明涉及激光喷丸，更具体而言，本发明涉及应用在进行激光喷丸时不会产生点蚀的烧蚀层的技术。

背景技术

在激光喷丸中使用烧蚀层是公知的。例如，参见下文中简要论述的美国专利4937421和C.S.Montross等。

在题为“Laser peening system and method”的美国专利4937421中记载了一种利用激光束喷丸处理工件的激光喷丸设备和方法。该系统包括对准待喷丸工件表面的箔并用激光照射对准的箔表面。箔从光束吸收能量，并蒸发部分箔，这在箔内产生热等离子体。等离子体产生冲击波，该冲击波穿过箔并喷丸处理工件表面。

在C.S.Montross等人的题为“The Influence of Coating onSubsurface Mechanical Properties of Laser Peened 2011-T3Aluminum”(Journal of Material Science 36(2001)1801-1807)的论文中，讨论一种用于防止铝元件被激光脉冲表面熔化的诸如涂料或金属箔的烧蚀牺牲涂层，表面熔化对疲劳寿命产生有害影响。该论文利用纳米压痕分析涂料和箔涂层对冲击波传播到铝样品中的影响、以及所产生的机械性能相对于深度的变化。在接近表面处，发现激光喷丸处理增加了硬度，但是该处理降低了测得的弹性模量。发现激光脉冲的能量密度和箔的性质(包括其对铝合金的附着力)影响表面机械性能的变化。

在激光喷丸的过程中，高能激光入射到金属表面上、烧蚀薄的表面层、产生等离子体和随后的强烈冲击。这种强烈冲击使得产生材料塑性变形并在表面内产生残余应力的压缩层。为避免热等离子体接触金属表面，将一个或更多个材料层施加到基材表面以作为烧蚀材料源并隔绝等离子体的热量。该等离子体是成形所述材料的并是随后喷丸处理所述材料的冲击波源。起初，将涂料用作烧蚀层，但是涂料不具有足够的抗拉强度以在冲击波局部压缩表面时避免产生局部剪切。在冲击结束和表面回弹时，涂料还会破裂并脱粘。已经证实具有粘合剂背衬的带是较佳的烧蚀材料。它们易于施加、牢固地附着于表面并具有足够的抗拉强度以允许连续并排地(side-by-side)喷丸，一般不发生剪切或脱粘。然而，已经意识到，在将带施加到表面的过程中，在带下方可能截留半球尺寸经常小至20μm的与金属表面接触的小气泡。当冲击波压缩这些气泡时，它们以绝热方式加热并将该热量传递给金属。对于在低温下熔化的金属(例如铝)，该传递的热量可能足以局部熔化金属并产生随后固化成固体弧坑的熔化材料的小蚀坑。因为该小蚀坑在张力状态下固化，在金属表面上形成应力冒口，并且可能降低喷丸处理样品的疲劳寿命和耐腐蚀性，所以该小蚀坑是不希望的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于激光喷丸的方法，该方法防止喷丸工艺在待喷丸处理材料内产生蚀坑。

本发明的另一目的是提供混合烧蚀层，用于应用到待激光喷丸处理的材料上以防止喷丸处理的材料形成蚀坑。

基于本公开，这些和其它目的对于本领域技术人员会是显而易见的。

为防止由激光喷丸形成点蚀，将包含单独底层的混合烧蚀层施加到待喷丸处理的材料上。该底层接触待喷丸处理的表面，并且以不具有超过可接受尺寸的气泡和空隙的方式施加该底层。将一个或更多个诸如金属箔或带的面层施加在底层上。底层例如可以为以无气泡的方式形成的喷涂粘合剂层或喷涂涂料层。随后将在面层之下形成的任何气泡与待喷丸处理的表面隔开。已经测试该工艺，其显著降低喷丸处理表面上的蚀坑发生率。本发明可以用于多种激光喷丸应用中，例如金属的激光喷丸、金属的激光喷丸成形、和金属的激光喷丸标记(peenmarking)。

附图说明

附图并入本公开并形成其一部分，它举例说明本发明的一个实施方案，并与本说明书一起用于解释本发明的原理。

图1显示具有根据本发明制得的表面的材料。

具体实施方式